短路试验参数对断路器试验的影响

       断路器作为线路的保护电器，当用电电器由于使用不当或绝缘损坏，出现供电线路过载及各种类型的短路故障时，应迅速切断故障，保护线路。所以，短路试验是断路器最重要的试验之一，在新产品的设计及产品的批量生产阶段，为了确保断路器的短路保护性能符合要求，都要对其进行定期和不定期试验和测试，以验证断路器的短路保护性能。
        国家标准GB 10963. 1-2005/IEC 60898-1：2002《家用及类似场所用过电流保护断路器第一部分：用于交流的断路器》的条款9.12 中规定了短路试验的要求及试验程序。
 
1.短路试验电流
        短路电流一般表达式为

        式中：I_n为短路电流周期分量有效值；a为短路瞬间电压的相位角（也称电压合闸相角）；φ为功率因数角，电流滞后电压的相位角；R为电路电阻；L为电路电感；R/L为短路电流非周期分量的衰减系数。
        当a=φ时，非周期分量为0，短路电流中只有周期分量，表达式为         在此情况下进行短路试验时，对断路器的分断能力考核相对较轻。
 
2.试验电路的功率因数φ
        在短路试验中，不同功率因数会对短路电流峰值带来一定的影响。当功率因数较小时，线路阻抗较大，式（1）中的非周期分量的衰减系数R/L较小，短路电流的非周期分量值较高且衰减的慢，对断路器的分断能力考核比较严格。试验线路功率因数和电压合闸相角的变化会使短路试验电流峰值产生变化，在相同的预期短路电流下，较小试验线路功率因数对断路器分断性能考核更严格。
 
3.短路试验的电压合闸相角
        国家标准GB10963.1对短路分断试验规定了不同的电压合闸相角，如0°、15°、30°、45°、60°和75°。不同电压合闸相角也会对短路电流峰值产生影响。一般讲，较大的峰值系数对断路器考核较严格。但对限流型断路器来讲，其燃弧时间一般在短路电流前半波内约7ms左右，而对于限流型断路器di/dt=0，短路电流在某一瞬间（约2～3ms）电流上升变化率的大小更为重要，会影响短路电流最大值（因为与电流平方成正比的磁场能量将转换为电弧能量，及考虑影响电弧的热应力值-i²t的积分值的变化）。在电压合闸相角为60°时，短路试验对断路器的考核最严格。
 
4.短路试验的电压值
        在进行短路试验时，标准GB 10963.1规定了试验的电压值，即包括恢复电压在内的试验电压，是断路器额定电压+/-5%，规定试验线路的工频恢复电压应是被断路器额定电压值的105%，故试验电压的上限值+10%。家用及类似场合用断路器额定电压230/400V，这样被试断路器最高试验电压应是253/440V。
        由于当在短路时只有电弧电压大于电源电压时，短路电流才趋向0，电弧才趋向熄灭，所以在相同预期短路电流下试验电压越高，断路器分断短路电流越困难。
        对于限流型断路器，在同一短路电流下，电源电压的合闸相角会影响短路试验的结果，在电压相角为45°～60°时分断短路电流较为困难。电源电压值越小，越容易分断短路电流。为了简化短路试验，提高产品设计裕度，研究性短路试验建议在最严格的试验条件下进行（如电压初相角为45°或60°时）。